Come funziona il vetro per autoveicoli

Il vetro automobilistico è trattato in modo speciale per proteggere i passeggeri del veicolo dagli elementi. Guarda altre foto sulla sicurezza dell'auto. Frederick M. Brown / Getty Images

Quando le case automobilistiche pubblicano annunci in televisione per promuovere le nuove caratteristiche di sicurezza del loro veicolo, raramente menzionano il parabrezza dell'auto o i finestrini circostanti, ma il vetro che ti circonda in quei veicoli è stato progettato e prodotto pensando alla tua sicurezza. Sebbene vetro automobilistico sembra uguale a qualsiasi altro tipo di vetro, funziona in modo molto diverso.

Nella maggior parte delle case, le finestre di ogni stanza sono realizzate con un tipo di vetro standard che si frantuma in grandi frammenti quando si rompe. Con l'eccezione di una porta scorrevole in vetro o di una porta d'ingresso, queste finestre di casa non ricevono la stessa quantità di sforzo che fa un finestrino di un'auto. Un'auto, d'altra parte, incontrerà molte buche, rocce e piegamenti del paraurti nel corso della sua vita. Per questo motivo, il vetro per autoveicoli viene prodotto in due diversi tipi di vetri di sicurezza per proteggere sia la struttura del veicolo che gli occupanti all'interno. Si chiama il primo tipo di vetro vetro stratificato, che è per il parabrezza. Il secondo tipo di vetro è noto come vetro temperato, che viene utilizzato per i finestrini laterali e posteriori del veicolo.

In seguito, impareremo come i produttori di vetro inseriscono un sottile strato di pellicola tra due strati di vetro e li fondono insieme attraverso il calore e la pressione per realizzare il vetro laminato. Daremo anche uno sguardo a come il vetro temperato acquista la sua forza attraverso un processo di riscaldamento e raffreddamento rapido. Senza questi diversi stili di produzione e rinforzo, il vetro per auto sarebbe poco più di una semplice barriera tra noi e gli elementi esterni.

Il vetro laminato e quello temperato hanno ciascuno funzioni diverse, ma insieme ti tengono all'interno del veicolo in caso di incidente, ti proteggono dal volo di vetri taglienti, mantengono la rigidità del tetto in caso di ribaltamento e consentono all'airbag laterale di proteggerti quando viene dispiegato. Andiamo alla pagina successiva e scopriamo quando sono stati utilizzati per la prima volta questi tipi di vetro e perché.

Contenuti

1. La storia del vetro automobilistico
2. Vetro stratificato e PVB
3. Vetro temperato
4. Sviluppi futuri nel vetro per autoveicoli

All'inizio del XX secolo, le carrozze senza cavalli iniziarono a utilizzare il vetro per proteggere i conducenti dai venti forti. Tuttavia, la forma standard di vetro utilizzata in quei tempi non proteggeva adeguatamente gli occupanti dai detriti volanti. Inoltre ha rappresentato un rischio per gli occupanti se un oggetto ha colpito il vetro o se il veicolo è stato coinvolto in un incidente.

Nel 1903, il chimico francese Edouard Benedictus scoprì per caso il segreto del vetro infrangibile quando fece cadere una fiaschetta di vetro riempita con una pellicola di collodio essiccato. Ha scoperto che il vetro rivestito con la pellicola si è incrinato, ma ha mantenuto la sua forma originale. Tuttavia, questo vetro stratificato non sarebbe stato implementato nelle automobili fino agli anni '20 [fonte: Time].

Le case automobilistiche hanno utilizzato il vetro stratificato nei loro parabrezza per ottimizzare la sicurezza degli occupanti durante gli incidenti e per proteggere i passeggeri dai proiettili durante le normali condizioni di guida. Nonostante tutti i suoi vantaggi, tuttavia, i primi tipi di vetro stratificato offrivano una resistenza alla perforazione limitata. Il vetro stratificato di oggi è costituito da un sottile strato di butirrale di polivinile (PVB) inserito tra due strati di vetro pieno.

Oltre al vetro stratificato, le case automobilistiche iniziarono a utilizzare il vetro temperato alla fine degli anni '30. Questo tipo di vetro viene utilizzato nei finestrini laterali e posteriori del veicolo e ottiene la sua forza attraverso un processo di riscaldamento e raffreddamento rapido che rafforza la superficie esterna del vetro e il suo nucleo.

Negli anni '60, il pubblico americano era diventato sempre più consapevole che le automobili dovevano essere progettate per qualcosa di più del semplice aspetto. Questa consapevolezza derivò in parte dal lavoro del crociato dei consumatori Ralph Nader per esporre i pericoli rappresentati da alcuni veicoli e la necessità di standard di sicurezza del governo. In risposta, il governo degli Stati Uniti ha costituito la National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) nel 1970 [fonte: Bowen].

Da allora, NHTSA ha implementato normative che interessano tutte le aree della sicurezza dei veicoli, compreso il vetro per autoveicoli. Alcuni degli standard federali di sicurezza dei veicoli a motore (FMVSS) per i vetri per auto includono:

• FMVSS 205 -- Questo stabilisce standard chiari per la trasparenza dei finestrini delle auto e la resistenza del vetro per auto necessaria per mantenere gli occupanti all'interno del veicolo durante gli incidenti.
• FMVSS 212 --Questo standard di montaggio del parabrezza è stato stabilito per garantire un certo livello di resistenza alla ritenzione del parabrezza durante gli incidenti.
• FMVSS 216 -- Questa legislazione ha implementato uno standard per la rigidità del tetto in caso di ribaltamento.
• FMVSS 219 -- Questo standard afferma che nessuna parte della maggior parte dei veicoli passeggeri può penetrare nel parabrezza per più di 6 millimetri (0,24 pollici) in caso di incidente.

Ora che sappiamo come è nato il vetro per auto, scopriamo come è fatto.

Suggerimenti per l'acquisto e la sostituzione del vetro per autoveicoli

[fonte: ABC News]

• La sostituzione del parabrezza è una delle principali preoccupazioni per la sicurezza. Se il tuo parabrezza è stato gravemente danneggiato, non rimandare la sostituzione.

• Assicurati che il tecnico che sostituisce il parabrezza sia certificato dalla National Glass Association.

• Dopo aver sostituito il parabrezza, assicurarsi di attendere il tempo consigliato prima di guidare il veicolo. In alcuni casi, questo può durare fino a 10 ore.

Il vetro laminato è abbastanza resistente da impedire agli oggetti volanti di penetrare nel parabrezza dell'auto. Bryan Mulennix / Getty Images

Il vetro laminato è realizzato inserendo uno strato di polivinil butirrale (PVB) tra due pezzi di vetro. Il vetro e il PVB vengono sigillati da una serie di rulli di pressione e quindi riscaldati. Questa combinazione di pressione e calore lega chimicamente e meccanicamente il PVB al vetro. Il legame meccanico avviene attraverso l'adesività del PVB, mentre il legame chimico si crea attraverso il legame idrogeno del PVB al vetro.

Quello strato di PVB inserito è ciò che consente al vetro di assorbire energia durante un impatto e conferisce al vetro resistenza alla penetrazione dei proiettili volanti. Devia anche fino al 95% dei raggi ultravioletti (UV) dal sole [fonte: Reuters]. Il vetro laminato può rompersi e essere perforato, ma rimarrà intatto a causa del suo legame chimico con il PVB.

La forza del vetro laminato per auto consente di svolgere due funzioni molto importanti nelle automobili. Innanzitutto, consente all'airbag lato passeggero di dispiegarsi correttamente. Gli airbag laterali del conducente tendono a volare direttamente verso il conducente dal volante, ma quando l'airbag del passeggero viene attivato, rimbalza sul parabrezza verso il passeggero. Un airbag si apre con un'incredibile velocità - 1/30 di secondo - e può sopportare una forza di 907 chilogrammi. Il parabrezza deve assorbire sia la velocità che la forza dell'airbag per proteggere il passeggero in caso di incidente. A causa della sua resistenza, il vetro stratificato può mantenere gli occupanti all'interno dell'auto durante un incidente. In passato, gli occupanti potevano essere espulsi attraverso il parabrezza perché il vetro non era abbastanza resistente, ma i parabrezza di oggi forniscono maggiore sicurezza.

Oltre ad assorbire la forza degli airbag dispiegati e mantenere i passeggeri all'interno del veicolo, i parabrezza laminati forniscono anche resistenza al tetto dell'auto. I parabrezza impediscono al tetto di piegarsi e schiantarsi completamente sui passeggeri durante un ribaltamento. Senza la rigidità e la resistenza dei parabrezza in vetro stratificato, molti tetti rappresenterebbero rischi maggiori per i passeggeri in determinati tipi di incidenti.

Se ti capita di trovare un piccolo chip nel parabrezza, non preoccuparti. Non devi uscire e sostituire l'intero parabrezza per mantenerne la forza. Alcuni piccoli chip possono essere riparati rapidamente e facilmente con un kit di riparazione dei chip del parabrezza. La maggior parte dei negozi di automobili vendono questi kit per circa $ 10 e consentono di iniettare la resina nel punto problematico e rimuovere l'aria in eccesso nell'area problematica. Una volta riparato il vetro, riuscirai a malapena a notare il tuo lavoro di rattoppatura.

Passiamo alla pagina successiva per scoprire come è fatto il vetro temperato e come protegge.

Il vetro temperato è importante per la sicurezza di un veicolo quanto il vetro stratificato, ma differisce notevolmente sia nella forma che nella funzione. Questo tipo di vetro viene utilizzato per i finestrini circostanti dell'auto (chiamati anche sidelites) e il finestrino posteriore (o retroilluminazione). Il vetro temperato viene creato riscaldando e quindi raffreddando rapidamente il vetro a temperatura ambiente facendolo passare attraverso un sistema di soffiatori.

La superficie del vetro si raffredda molto più velocemente del centro del vetro e si contrae, provocando sollecitazioni di compressione, mentre il centro del vetro si espande a causa della sua temperatura, producendo sollecitazioni di trazione. Cosa significa? Immagina un pezzo di vetro che potrebbe essere tirato o allungato per una certa lunghezza (tensione di trazione), mentre viene spinto verso il basso e compresso (stress di compressione) contemporaneamente. Sia le sollecitazioni di trazione che di spinta ottenute attraverso il processo di riscaldamento e raffreddamento conferiscono al vetro temperato la sua resistenza alla trazione e alla compressione. Le differenze tra questi due conferiscono al vetro da 5 a 10 volte la forza che aveva originariamente.

I bordi su un tipico pezzo di vetro temperato sono molto deboli. Ciò è dovuto in parte al rapido rilascio di calore durante la fase di raffreddamento del processo di tempra. Per compensare questa zona più debole, il vetro viene molato sui bordi. Quando il vetro temperato si rompe, si frantuma in piccoli pezzi opachi. Le differenze tra le sollecitazioni di compressione e di trazione sono ciò che consente al vetro di rompersi in questo modo. La trazione e la spinta del vetro producono una notevole quantità di energia durante il processo di tempra. Quando il vetro si rompe, questa energia viene rilasciata e provoca la rottura del vetro in piccoli pezzi [fonte: AIS Glass Solutions].

A causa della sua forza, il vetro temperato può resistere all'uso quotidiano della guida automobilistica. Senza di esso, le nostre auto si riempirebbero di vetro ogni volta che incontriamo una buca, entriamo in un paraurti o chiudiamo una porta.

A causa della sua forza e del solido record di sicurezza, alcune case automobilistiche stanno prendendo in considerazione l'implementazione del vetro stratificato in tutte le aree delle loro auto. È già in uso in alcuni veicoli più grandi: General Motors lo ha installato nei finestrini posteriori dei loro furgoni passeggeri per mantenere gli occupanti all'interno del veicolo durante gli incidenti gravi. Alcuni produttori, come BMW, hanno già posizionato il vetro stratificato nelle fiancate di alcuni dei loro modelli come protezione extra dai furti. Oltre all'aumento di sicurezza che fornisce, il vetro stratificato funge anche da buon smorzatore acustico a causa del PVB al suo interno [fonte: Allen].

Tuttavia, c'è un problema con l'implementazione del vetro stratificato in un veicolo: in caso di emergenza, un occupante che deve uscire rapidamente dal veicolo non potrebbe rompere il vetro laminato senza aiuto. A causa della sua forza, il vetro stratificato può impiegare 10 volte più tempo a rompersi rispetto al vetro temperato, il che può rendere difficile la fuga per un passeggero indebolito e ferito [fonte: Allen]. Questo dilemma non ha impedito ai progettisti automobilistici di escogitare nuovi modi per inserire più vetro stratificato nelle nostre auto. Per esempio, tetti cielo (il nome deriva dalla parola spagnola per "cielo") sono spuntati in tutto il circuito delle concept car. I tetti Cielo estendono il parabrezza di un'auto dietro la testa del guidatore, convertendo l'intero tetto in un unico pezzo di vetro stratificato [fonte: Allen].

Il vetro per auto non è stato progettato solo per la sicurezza e il comfort. Anche i produttori di vetro e le case automobilistiche stanno cercando di trovare strade per riciclare il vetro. Sebbene un po 'di vetro in eccesso prodotto durante la fabbricazione del vetro per autoveicoli venga riciclato, una volta montato il vetro per auto su un'auto, diventa più difficile riciclarlo a causa di aggiunte come rivestimenti ed elementi riscaldanti.

Nonostante questi dilemmi, i produttori di vetro continuano a esplorare nuove idee per rendere il vetro più forte, più sicuro e adattabile ai nuovi veicoli. Potresti non pensarci molto, ma i nostri veicoli non sarebbero sicuri come lo sono senza il moderno vetro temperato e laminato.

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fonti

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• Soluzioni in vetro AIS. "Vetro laminato PVB". (4 novembre 2008) http://www.aisglass.com/pvb_laminated.asp
• Soluzioni in vetro AIS. "Vetro temperato." (4 novembre 2008) http://www.aisglass.com/swfs_tempered/online_tempered.asp?pagenum=10
• Allen, Leslie J. "Nonostante i costi, più costruttori di automobili utilizzano il vetro laminato". Notizie automobilistiche. 18 febbraio 2008. (25 ottobre 2008) http://corporateportal.ppg.com/NR/rdonlyres/BBF7E209-920B-4722-877E-53CEC5A7CD52/0/123568996eprint.pdf
• Auto Glass University. "Modulo 1 - Il ruolo del vetro per auto". (25 ottobre 2008) http://www.autoglassuniversity.com/mod01/mod01.php
• Bowen, Nancy. "Ralph Nader: Man with a Mission". Libri del ventunesimo secolo. 2002.
• Motori generali. "La nostra azienda - Sicurezza". (4 novembre 2008) http://www.gm.ca/inm/gmcanada/english/about/Safety/safety_occupant_02.html
• LeakPro. "Fondamenti di riparazioni del parabrezza". (4 novembre 2008) http://www.leakpro.com/services/windshield.html
• Aziende McGraw-Hill. "Rafforzare le prestazioni del vetro laminato". Dicembre 2005. (4 novembre 2008) http://continuingeducation.construction.com/article.php?L=28&C=321&P=2
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